Chop molding composites and 2D carbon/carbon composites were manufactured by hot press molding method. Phenol resin of novolac type was used for matrix precursor and PAN-based carbon, PAN-based graphite and pitch-based carbon fiber were used for reinforcement and boron oxide was used for oxidation retardant. All of the composites were treated by $2000^{\circ}C$ and $2400^{\circ}C$ graphitization process, respectively. After graphitization process, amount of a boron residue in carbon/carbon composites is much according to irregularity of used raw materials. Under the presence of boron in carbon/carbon composites, catalytic effect of boron was a little at $2000^{\circ}C$ graphitization temperature. However, it was quite at $2400^{\circ}C$ graphitization.
Carbon/carbon composites were developed using PAN based carbon fibres and phenolic resin as matrix in different volume fractions and heat treated to temperatures between $1000^{\circ}C$ to $2500^{\circ}C$. Although both the starting precursors are nongraphitizing hard carbons individually, their composites lead to very interesting properties e.g. x-ray diffractograms show the development of graphitic phase for composites having fibre volume fractions of 30~40%. Consequently the electrical resistivity of such composites reaches a value of $0.8\;m{\Omega}cm$, very close to highly graphitic material. However, it was found that by increasing the fibre volume fraction to 50~60%, the trend is reversed. Optical microscopy of the composites also reveals the development of strong columnar type microstructure at the fibre (matrix interface due to stress graphitization of the matrix. The study forcasts a unique possibility of producing high thermal conductivity carbon/carbon composites starting with carbon fibres in the chopped form only.
Effect of silicon infiltration on the bend and tensile strength of 2D cross-ply carbon-carbon composites are studied. It is observed that bend strength higher than tensile strength in both types of composite is due to the different mode of fracture and loading direction. After silicon infiltrations bend and tensile strength suddenly decreases of carbon-carbon composites. This is due to the fact that, after silicon infiltration, silicon in the immediate vicinity of carbon forms the strong bond between carbon and silicon by formation silicon carbide and un-reacted silicon as free silicon. Therefore, these composites consist of three components carbon, silicon carbide and silicon. Due to mismatch between these three components secondary cracks developed and these cracks propagate from $90^{\circ}$ oriented plies to $0^{\circ}$ oriented plies by damaging the fibers (i.e., in-situ fiber damages). Hence, secondary cracks and in-situ fiber damages are responsible for degradation of mechanical properties of carbon-carbon composites after silicon infiltration which is revealed by microstructure investigation study by scanning electron microscope.
Unidirectional polymer composites were prepared using high-strength carbon fibers as reinforcement and phenolic resin as matrix precursor with keeping fiber volume fraction at 30, 40, 50 and 60% respectively. These composites were carbonized at $1000^{\circ}C$ and graphitised at $2600^{\circ}C$ in the inert atmosphere. The carbonized and graphitised composites were characterized for mechanical properties as well as microstructure. Microscopic studies were carried out of the polished surface of carbonized and graphitised composites after etching by chromic acid, to understand the effect of fiber volume fraction on oxidation at fiber-matrix interface. It is found that the flexural strength in polymer composites increases with fiber volume fraction and so does for the carbonised composites. However, the trend was found to be reversed in graphitised composites. In all the carbonized composites anisotropic region has been observed at fiber-matrix interface which transforms into columnar type microstructure upon graphitisation. The extension of strong and weak columnar type microstructure is function of fiber volume fraction. SEM microscopy of the etched surface of the sample reveal that composites containing 40% fiber volume has minimum oxidation at the interface, revealing a strong interfacial bonding.
It is well known that the fabrication process of carbon/carbon composites is very complex. Above all, the carbonization process have major effect on the morphology development of carbon matrix. Carbon/carbon composites of 4-directional fiber preform were fabricated using the coal tar based pitch as a matrix precursor in this study. According to carbonization pressure of 1 bar, 100 bar, 600 bar, and 900 bar, morphological changes of cokes and matrix of composites were discussed. As the carbonization pressure increased to 600 bar, the flow pattern morphology of bulk mesophse was well developed. On the contrary, mosaic pattern morphology was found in case of 900 bar of carbonization pressure. It is confirmed that the carbonization pressure have profound effect on the degree of graphitization and crystal size of carbon matrix. Even in the highly densified carbon/carbon composites, large voids were still found in the matrix pocket region.
Carbon/carbon composites are ideal candidates for a number of aerospace applications including structural materials for advanced vehicles, leading edges, structures of re-entry and hypersonic vehicles and propulsion systems. One serious defect for such application of the carbon/carbon composites is their poor oxidation resistance in high temperature oxidizing environments. SiC coating was employed to protect the composites from oxidation. It is mechanically and chemically stable under extreme thermal and oxidative environments, provides good adhesion to the substrate, and offers good thermal shock resistance. The SiC layer on the nozzle machined from the carbon/carbon composites was formed by pack-cementation method. Then, erosion characteristic of SiC coated carbon/carbon nozzle was examined by combustion test using a liquid rocket motor. The erosion rates were measured as function of combustion pressure, ratio of oxygen to fuel, combustion time, density of the composites and geometry of reinforced carbon fibre in the composites. The morphology change of the composites after combustion test was investigated using SEM and erosion mechanism also was discussed.
This study aimed to investigate the influence of mesoporous carbons on the thermal insulation properties of epoxy/mesoporous carbon composites. The mesoporous carbon (CMK-3) was prepared by conventional templating method using SBA-15. The epoxy/mesoporous carbon composites were prepared by mixing the synthesized CMK-3 with diglycidylether of bisphenol A (DGEBA). As experimental results, the curing reactivities of the DGEBA/CMK-3 composites were found to decrease with the addition of the CMK-3. Also, the thermal conductivities of DGEBA/CMK-3 composites were found to decrease with increasing CMK-3 content. This could be interpreted in terms of the slow thermal diffusion rate resulting in pore volume existing in the gaps in the interfaces between the mesoporous carbon and the DGEBA matrix.
Fabrication of carbon fiber reinforced composites was carried out by hand lay-up method. Carbon nanofibers and SiC nanofibers were used as filler in the composites fabrication. Carbon nanofibers, one of the new carbon materials, have 5∼500 nm in diameter and 5-10 nm in length. SiC nanofibers were modified by silicon monoxide vapor with carbon nanofibers. The composites were carbonized at 1000$^{\circ}C$ in a nitrogen atmosphere, and then densified by molten pitches impregnated in vacuum. Multiple cycles of liquid pitch impregnation and carbonization were carried out to obtain a desired density. The composites were characterized by density, microstructure. The inter-laminar shear strength (ILSS) test was performed for mechanical properties. For the new application, the microwave reflective proeprty of composites was investigated. Dielectric constant and permeability spectrum were measured in 12∼18 GHz frequency ranges. On the basis of the wave propagation theory in a lossy media, the reflection loss from the composite inter-layer was predict as a function of frequency.
Recently, the use of thermal conductive polymeric composites is growing up, where the polymers filled with the thermally conductive fillers effectively dissipate heat generated from electronic components. Therefore, the management of heat is directly related to the lifetime of electronic devices. For the purpose of the improvement of thermal conductivity of composites, fillers with excellent thermally conductive behavior are commonly used. Thermally conductive particles filled polymer composites have advantages due to their easy processibility, low cost, and durability to the corrosion. Especially, carbon-based 1-dimensional nanomaterials such as carbon nanotube (CNT) and carbon nanofiber (CNF) have gained much attention for their excellent thermal conductivity, corrosion resistance and low thermal expansion coefficient than the metals. This paper aims to review the research trends in the improvement of thermal conductivity of the carbon-based materials filled polymer composites.
This review paper is a state of the art report of the development of high performance nano-composites with carbon nanotube. We investigate the research and development (R&D) trends of high performance nano-composites with carbon nanotube by analyzing technical trends in research institutes and industry. We report the R&D and technology trends for the properties and applications of fabrication of hybrid composites with aligned carbon nanotubes, multifunctional fiber/carbon nanotube composites. We discuss the specific topics including unidirectional carbon nanotube, carbon nanotube forests, transfer-printing carbon nanotube technology, deposition of carbon nanotube by electrophoresis, vapor grown carbon fiber (VGCF), cup-stacked carbon nanotube, bucky paper and carbon nanotube yarns in this review paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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